El primer mapa de un cerebro adulto abre una nueva puerta para investigar la mente

Un espa?ol de 36 a?os, Santiago Ram¨®n y Cajal, emprendi¨® en 1888 una misi¨®n sobrehumana: dibujar el sistema nervioso del ser humano y los animales, c¨¦lula a c¨¦lula. Cajal buscaba el rinc¨®n del cerebro en el que se guardaban las ideas de los fil¨®sofos, la imaginaci¨®n cient¨ªfica y la fantas¨ªa literaria, pero, ante la inmensidad que contemplaba en su microscopio, se sent¨ªa como ¡°un salvaje en presencia del fon¨®grafo o de una m¨¢quina el¨¦ctrica¡±. Un consorcio internacional ha dado este mi¨¦rcoles un paso de gigante hacia el quijotesco sue?o de Cajal, con la publicaci¨®n del primer mapa completo de un cerebro adulto: el de la mosca de la fruta.

Estos insectos no filosofan ni tienen fantas¨ªas literarias, pero s¨ª tienen otros comportamientos complejos. Machos y hembras interpretan diferentes canciones durante el cortejo y la c¨®pula. Pueden observar, oler, escuchar, caminar y volar. Tambi¨¦n son capaces de orientarse en distancias largas y tienen memoria a largo plazo. En marzo del a?o pasado, un equipo dirigido por el bi¨®logo espa?ol Albert Cardona y su colega croata Marta Zlatic publicaron el mapa del cerebro de la larva de estas moscas, una estructura con 3.016 neuronas y 548.000 conexiones entre ellas. ¡°Hemos multiplicado por 10 lo que se hab¨ªa conseguido hasta ahora¡±, proclam¨® Cardona. La ciencia se ha acelerado en estos meses. El nuevo mapa del cerebro adulto multiplica por 100 la haza?a de la larva: son 140.000 neuronas, con unos 55 millones de conexiones entre ellas.

La neurocient¨ªfica estadounidense Mala Murthy compara el tama?o del cerebro de la mosca adulta con el de un grano de arena. ¡°Pero con este cerebro resuelven muchos de los mismos problemas que tenemos los humanos¡±, subray¨® Murthy, codirectora del consorcio FlyWire, en una rueda de prensa virtual este martes. Su investigaci¨®n, publicada este mi¨¦rcoles en la revista Nature, allana el camino para cartografiar el cerebro de peque?os mam¨ªferos, pero todav¨ªa es inimaginable dar el salto al ¡ªen palabras de Cajal¡ª ¡°enigma entre los enigmas¡±, ¡°¨®rgano del alma¡± y ¡°obra maestra de la vida¡±: el monumental cerebro humano.

John Ngai, director de la Iniciativa BRAIN de los Institutos Nacionales de la Salud de Estados Unidos, concreta la magnitud del desaf¨ªo. ¡°El cerebro humano posee unos 86.000 millones de neuronas, con billones de conexiones entre s¨ª, por lo que es aproximadamente un mill¨®n de veces m¨¢s complejo que el cerebro de la mosca adulta¡±, reconoci¨® Ngai en la rueda de prensa. La Iniciativa BRAIN, un proyecto gubernamental estadounidense con unos 4.000 millones de euros de presupuesto desde su creaci¨®n en 2014, pretende revolucionar el conocimiento del cerebro humano mediante nuevas tecnolog¨ªas. Seg¨²n los c¨¢lculos de Ngai, el mapa del cerebro del rat¨®n estar¨¢ listo ¡°en cinco o diez a?os¡±.

¡°Es impactante saber que una de cada tres personas en el mundo vive con alg¨²n trastorno neurol¨®gico o neuropsiqui¨¢trico¡±, destac¨® Ngai, profesor em¨¦rito de la Universidad de California en Berkeley. ¡°La mayor¨ªa son trastornos de los circuitos cerebrales, en los que algo ha salido mal en la forma en la que las neuronas se comunican entre s¨ª. Y, sin embargo, sabemos demasiado poco sobre los circuitos del cerebro humano, insuficiente para poder descubrir aut¨¦nticas maneras de curar o de prevenir¡±, a?adi¨® el director de la Iniciativa BRAIN, que ha financiado buena parte del mapa del cerebro de la mosca.

Uno de los cient¨ªficos m¨¢s brillantes de la historia, el bi¨®logo sudafricano Sydney Brenner, y otros tres colegas lograron en 1986 mapear a mano el sistema nervioso del gusano Caenorhabditis elegans, con solo 302 neuronas. Aquella haza?a tuvo lugar en el legendario Laboratorio de Biolog¨ªa Molecular de Cambridge (Reino Unido), cuyos investigadores han ganado 12 premios Nobel, incluido el galard¨®n en Medicina en 2002 para el propio Brenner por iluminar c¨®mo los genes regulan el desarrollo del gusano.

El neurocient¨ªfico brit¨¢nico Gregory Jefferis trabaja en el m¨ªtico laboratorio de Cambridge. Su equipo ha identificado casi 8.500 tipos de c¨¦lulas en el cerebro de la mosca, 4.600 de ellos desconocidos hasta ahora. ¡°Esto es como un Google Maps del cerebro¡±, explic¨® Jefferis en la rueda de prensa. ¡°El diagrama en bruto de las conexiones entre las neuronas es como averiguar, con im¨¢genes de sat¨¦lite de la Tierra, qu¨¦ estructuras corresponden a calles, edificios, r¨ªos. El siguiente paso, que requiri¨® un gran esfuerzo, fue anotar las neuronas, una actividad que podr¨ªa compararse con poner nombres a las calles y a las ciudades, a?adir los horarios de apertura de las tiendas, sus tel¨¦fonos, etc¨¦tera¡±, apunt¨® Jefferis.

El cerebro reci¨¦n mapeado, con menos de un mil¨ªmetro de anchura, perteneci¨® a una hembra de mosca de la fruta. Un equipo dirigido por Davi Bock, del Instituto M¨¦dico Howard Hughes (EE UU), cort¨® ese diminuto cerebro en 7.000 rodajas, cada una de ellas con un espesor de 40 millon¨¦simas partes de mil¨ªmetro, y las fotografi¨® millones de veces con un microscopio electr¨®nico de alta resoluci¨®n. Bock permiti¨® el libre acceso a esta inmensidad de datos en 2018.

Otro grupo en la Universidad de Princeton, encabezado por Mala Murthy y Sebastian Seung, desarroll¨® un programa de inteligencia artificial para identificar las neuronas y sus conexiones, pero sus resultados todav¨ªa son imperfectos. Un ej¨¦rcito de seres humanos ha tenido que completar manualmente el trabajo de la inteligencia artificial. Al consorcio internacional FlyWire, compuesto por casi 300 cient¨ªficos, se sumaron voluntarios de medio mundo. Seg¨²n Murthy, esta ¡°ciencia ciudadana¡± permiti¨® culminar el mapa del cerebro de la mosca en ¡°tiempo r¨¦cord¡±. Los autores calculan que una sola persona habr¨ªa tardado 33 a?os en completar estas lagunas de la inteligencia artificial.

La neurocient¨ªfica Laia Serratosa Capdevila, nacida en Vic (Barcelona) hace 30 a?os, particip¨® en esa meticulosa labor de correcci¨®n. La investigadora, antes en el laboratorio de Gregory Jefferis en Cambridge, ha fundado en Bristol (Reino Unido) su propia empresa, Aelysia, para ofrecer este servicio de an¨¢lisis de im¨¢genes de neurociencia. Serratosa, que ya colabora en los futuros mapas de los cerebros de abeja, mosquito y rat¨®n, mantiene los pies en el suelo. ¡°La velocidad se est¨¢ incrementando exponencialmente, pero de aqu¨ª a trasladar estos descubrimientos a los humanos queda mucho camino¡±, advierte.

El bi¨®logo Albert Cardona, tambi¨¦n del Laboratorio de Biolog¨ªa Molecular de Cambridge, asombr¨® al mundo el a?o pasado al presentar el primer mapa de un cerebro, el de la larva de mosca. Ahora destaca que el nuevo mapa del cerebro adulto, en el que no ha participado directamente, multiplica por 100 su proeza. ¡°Es totalmente extraordinario. Revisar las 140.000 neuronas es un trabajo tit¨¢nico, porque, aunque hayan mejorado mucho el sistema automatizado, todav¨ªa se necesitan varios minutos o incluso horas para cada neurona¡±, se?ala.

Los mapas de cerebros completos, tambi¨¦n llamados conectomas, abren un nuevo mundo a la ciencia: la patoconect¨®mica, una nueva disciplina que permite comparar circuitos cerebrales normales con otros patol¨®gicos. Cardona recuerda que su colega Pedro G¨®mez G¨¢lvez ya est¨¢ comparando cerebros de larvas sanas con los de otras larvas modificadas gen¨¦ticamente para imitar los s¨ªntomas del p¨¢rkinson o del s¨ªndrome X fr¨¢gil, una forma de discapacidad intelectual hereditaria. La estrategia tambi¨¦n se puede aplicar a otros trastornos enigm¨¢ticos, como el autismo y la esquizofrenia. En humanos, el equipo de Jeff Lichtman en la Universidad de Harvard (EE UU) logr¨® en mayo el mapa del cableado de un mil¨ªmetro c¨²bico del cerebro de un paciente con epilepsia. En ese ¨ªnfimo fragmento hab¨ªa 53.000 neuronas y 150 millones de conexiones entre ellas. Al igual que Cajal en el siglo XIX, los cient¨ªficos siguen contemplando el cerebro humano como un salvaje ante una m¨¢quina el¨¦ctrica.